納米耐磨復(fù)合刷鍍層研究進展

徐立鵬

引言

納米復(fù)合鍍層是利用電刷鍍原理，使納米粒子與基質(zhì)金屬離子在電場作用下在陰極工件表面發(fā)生共沉積而得到復(fù)合刷鍍層的一種表面工程技術(shù)。納米復(fù)合鍍層主要是在基礎(chǔ)鍍液中添加Al2O3、SiO2、SiC、金剛石、石墨、碳納米管等納米顆粒，由于納米顆粒的存在，影響了鍍層金屬組織結(jié)構(gòu)，可以提高鍍層的硬度、耐磨性、或減小鍍層的摩擦系數(shù)，從而達到優(yōu)化鍍層的目的。

一、鎳基納米耐磨復(fù)合刷鍍層

（一）Ni/Al2O3納米復(fù)合刷鍍層

蔣斌等研究表明Ni/ Al2O3鍍層的硬度達到HV700，比快速鎳鍍層提高40%；當鍍層中Al2O3微粒含量超過2.56%（質(zhì)量分數(shù)）時，鍍層的耐磨性顯著下降。

杜令忠等人研究發(fā)現(xiàn)Ni/ Al2O3納米復(fù)合刷鍍層的耐磨性比快速鎳都城提高了30%到50%。

楊華等試驗表明，Ni/ Al2O3納米復(fù)合刷鍍層的耐磨損性是純鎳刷鍍層的1.3～2.5倍，納米顆粒主要通過細化鍍層組織、彌散強化和阻礙鍍層中微裂紋的擴展來強化復(fù)合刷鍍層的抗油潤滑沙粒磨損性能。

張斌等采用自動化電刷鍍系統(tǒng)制備了Ni/Al2O3納米復(fù)合刷鍍層，與手動納米電刷鍍鍍層對比發(fā)現(xiàn)自動化納米電刷鍍效率高，鍍層組織更致密 。

（二）Ni/SiO2納米復(fù)合刷鍍層

譚俊等試驗表明，脈沖電刷鍍Ni/SiO2復(fù)合鍍層比直流復(fù)合鍍層表面更平整，鍍層晶粒團更加細小、孔隙率更低、耐磨性更高。

（三）Ni/TiO2納米復(fù)合刷鍍層

趙建華等研究表明當納米粒子的質(zhì)量濃度為20g/L、納米粒子粒徑小于30nm、溫度為40℃、電壓為14V時，鍍層耐磨性達最優(yōu)，其耐磨性是純鎳鍍層的4倍。

（四）Ni/C納米復(fù)合刷鍍層

張偉等制得含納米金剛石粉的復(fù)合鍍層，在室溫、高負荷下具有優(yōu)良的抗疲勞和抗磨損性能，其耐磨性是純鎳鍍層的4倍。

于金庫等研究結(jié)果表明Ni/金剛石復(fù)合刷鍍層的硬度達到HV860，耐磨性為鎳鍍層的6倍。

李培耀等發(fā)現(xiàn)與常規(guī)鍍層相比，含有碳納米管的復(fù)合鍍層組織明顯細化，顯微硬度、熱穩(wěn)定性和耐磨性得到了明顯的提高。

（五）其它顆粒鎳基納米復(fù)合刷鍍層

劉先黎等制備了Ni/FeS納米復(fù)合刷鍍層，其耐磨性是快速鎳刷鍍層的2.5倍。

顧卓明等制備了具有層狀結(jié)構(gòu)的Ni/Cr2O3納米復(fù)合刷鍍層，與Ni鍍層相比具有較高的顯微硬度、細小的結(jié)晶晶粒和較好的耐磨性。

二、鎳磷基納米耐磨復(fù)合刷鍍層

向永華發(fā)現(xiàn)鎳磷基納米Al2O3復(fù)合電刷鍍層表面粗糙度更小，組織有明顯的細化傾向；當鍍液中Al2O3含量為20g/L時，復(fù)合刷鍍層維氏硬度是Ni-P鍍層的1.3倍，磨損失重比Ni-P鍍層減少60%。

董世運等研究了納米顆粒含量、刷鍍電壓和刷鍍筆移動速度對復(fù)合刷鍍層中P和Al2O3含量的影響。制備的復(fù)合刷鍍層，組織致密，含有納米顆粒和非晶相。

劉曉亮等制備了Ni-P/SiC、Ni-P/WC納米復(fù)合鍍層，與傳統(tǒng)鎳磷鍍層相比較，組織結(jié)構(gòu)更加致密，顯微硬度有較大程度的提高，耐磨性增強。

劉圓圓等制備（Ni-P）-Co/WC納米顆粒復(fù)合鍍層。結(jié)果顯示，復(fù)合鍍層中的組織結(jié)構(gòu)更加致密，顯微硬度比Ni-P合金鍍層有較大程度的提高，達到HV876。

三、結(jié)束語

納米耐磨復(fù)合電刷鍍層是由基質(zhì)Ni和彌散其中的納米顆粒組成的。當前，納米耐磨復(fù)合電刷鍍層的基質(zhì)材料很有限，主要是鎳基和鎳磷基。納米顆粒主要有納米氧化鋁粉、納米金剛石粉、納米碳化硅粉等幾種，而耐磨復(fù)合鍍層的種類和性能也很有限，具有其它特殊功能的復(fù)合刷鍍層或多粒子復(fù)合刷鍍層等方面的研究還不如電鍍或化學鍍那樣豐富，因此，納米復(fù)合耐磨刷鍍層還有非常大的發(fā)展空間和研究價值。

隨著人們對納米微粒認識的加深和研究的深入，納米耐磨復(fù)合電刷鍍層種類會日益豐富，它將會以更大更多的用途體現(xiàn)在人們的生活中。

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（作者單位：聊城大學汽車與交通工程學院）